ES2954246T3 - Disyuntor electrónico y procedimiento de funcionamiento del mismo - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un disyuntor electrónico (2) que comprende un primer interruptor semiconductor (Q3) que se conmuta en una ruta de corriente (3) entre una entrada de voltaje (4) y una salida de carga (6) y que comprende un controlador (10). que está conectado a la entrada de control (8) del primer interruptor semiconductor (Q3). El primer interruptor semiconductor (Q3) se acciona dependiendo de un valor real (Iactual) de la corriente de carga (Iload), siendo suministrado dicho valor real al controlador (10), y el controlador (10) está diseñado para limitar la corriente de el primer interruptor semiconductor (Q3) y desconéctelo. La invención se refiere además a un método para su funcionamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Disyuntor electrónico y procedimiento de funcionamiento del mismo
La invención se refiere a un disyuntor electrónico y a un procedimiento de funcionamiento del mismo.
Los disyuntores electrónicos limitadores de corriente suelen tener un MOSFET (transistor semiconductor de óxido metálico de efecto de campo) como interruptor semiconductor, es decir, un elemento con resistencia eléctrica variable, para mantener constante la corriente que fluye a través de una carga (corriente de carga) en caso de fallo, como un cortocircuito o una sobrecarga.
En particular, el MOSFET se acopla con un circuito limitador de corriente de conmutación comparativamente rápida para realizar una fuente de corriente constante. En particular, el circuito limitador de corriente compara la corriente de carga, en lo sucesivo también denominada corriente de carga, en particular su intensidad de corriente, con un valor de consigna predeterminado, y modifica en consecuencia la tensión de puerta del MOSFET para mantener constante el flujo de corriente, en particular la corriente de carga.
Normalmente, la intensidad de la corriente de carga es inferior al valor de consigna predeterminado. Debido a ello, la tensión de puerta aumenta de modo que el MOSFET se satura. En caso de fallo, la corriente de carga se limita mediante el circuito limitador de corriente. Por ejemplo, la Fig. 1 muestra una curva temporal de una corriente de carga según este estado de la técnica, en la que se produce un cortocircuito en el momento t = 0. La corriente de consumo/carga se denomina aquí corriente de carga. La corriente de consumo/carga se denomina aquí Id . Debido al diseño del circuito limitador de corriente, transcurre un tiempo (de reacción) finito entre el inicio del fallo, especialmente en la carga, y la salida de una señal de conmutación o una señal de control. Este retardo se manifiesta como un pico de corriente de la corriente de carga cuando se produce el fallo. En este caso, la corriente de carga en caso de cortocircuito tiene una intensidad de corriente de varios cientos de amperios, por ejemplo, por lo que la duración del pico de corriente depende en particular del tiempo de reacción del circuito limitador de corriente. Por ejemplo, el MOSFET falla si el tiempo de reacción del circuito limitador de corriente es comparativamente lento y, como se muestra en la Fig. 2, pueden producirse perturbaciones adicionales de la tensión de alimentación de la fuente de corriente o de la tensión de entrada, que en la Fig. 2 se denomina "tensión de entrada".
En particular, una mejora de la velocidad de reacción del circuito limitador de corriente está asociada al uso de componentes comparativamente costosos y reduce una estabilidad del bucle de control (el circuito limitador de corriente). Debido a esto, por ejemplo, la señal de salida por el circuito limitador de corriente y por lo tanto la corriente de carga oscila en particular indeseablemente con una condición de carga cambiante.
Para poder utilizar disyuntores electrónicos limitadores de corriente en condiciones de carga comparativamente diferentes, se suele utilizar un circuito limitador de corriente, en particular con un tiempo de respuesta suficiente, así como un MOSFET, que tiene suficientemente en cuenta los picos de corriente. Sin embargo, se sigue produciendo inestabilidad en el bucle de control. Además, el MOSFET puede estar sobredimensionado, lo que a su vez aumenta los costes.
A partir del documento US 5943203 A, se conoce un disyuntor electrónico monolítico con un terminal de entrada, un terminal de salida y una impedancia controlable conectada entre los terminales de entrada y salida. Aquí, un sensor de corriente genera una señal de magnitud de corriente indicativa de la corriente que fluye entre los terminales de entrada y salida. En una forma de realización, un circuito de sobrecorriente genera una señal de sobrecorriente cuando la señal de magnitud de corriente excede un valor umbral. En respuesta a al menos una primera aparición de la señal de sobrecorriente, un circuito de control controla la impedancia controlable para reducir la corriente a través de la impedancia controlable durante un período de tiempo y, a continuación, aumentar automáticamente la corriente a través de la impedancia controlable.
El documento US 2015/026486 A1 describe un circuito de protección contra sobrecorriente para un servidor. Este se conecta entre un módulo de alimentación y una carga en una placa principal y comprende un componente de detección, una unidad de detección, una unidad de comparación y un interruptor de corriente. El componente de detección está conectado entre el módulo de alimentación y la unidad de detección. La unidad de detección detecta una tensión generada por el componente de detección en respuesta a una corriente de alimentación. La unidad de comparación genera una tensión de control correspondiente a la tensión de detección y a una tensión de referencia. El interruptor de corriente está conectado entre el componente sensor y la carga y está controlado por la tensión de control. Cuando la unidad de comparación determina que la tensión de detección es mayor que la tensión de referencia, la unidad de comparación interrumpe el interruptor de corriente para desconectar una vía de alimentación entre el módulo de alimentación y la carga.
En el documento DE 601 30 164 T2, se divulga un dispositivo para proteger una carga eléctrica de una corriente excesiva. El dispositivo comprende un interruptor semiconductor para conectar la carga eléctrica a una fuente de corriente, teniendo el interruptor una entrada de control. El dispositivo comprende además un sensor de corriente acoplado al interruptor semiconductor y que genera una señal de sensor indicativa de la magnitud de la corriente que fluye a la carga eléctrica, y un circuito de control. El circuito de control tiene un primer modo de operación cuando la corriente es menor que un primer umbral, en donde el interruptor semiconductor se mantiene en un estado de conducción continua, un segundo modo de operación cuando la corriente es mayor que el primer umbral y menor que un segundo. umbral, en el que el interruptor semiconductor se conmuta como no conductor después de un período de tiempo predeterminado, y un tercer modo de funcionamiento cuando la intensidad de corriente es mayor que el segundo valor umbral, en el que el interruptor semiconductor se pulsa alternativamente como conductor y no conductor para limitar la corriente a través de la carga a menos del segundo para limitar el umbral.
Es un objeto de la invención para proporcionar un disyuntor electrónico adecuado por medio del cual una carga está protegida contra una sobrecarga o cortocircuito. Además, debe especificarse un método para su funcionamiento. Con respecto al disyuntor electrónico, esta tarea se resuelve según la invención por las características de la reivindicación 1. Con respecto al método, la tarea se resuelve según la invención por las características de la reivindicación 6. Las formas de realización ventajosas y otras formas de realización son objeto de las subreivindicaciones. En este contexto, las explicaciones en relación con el disyuntor electrónico también se aplican mutatis mutandis al método y viceversa.
A tal fin, el disyuntor comprende un primer interruptor semiconductor, que está conectado en una trayectoria de corriente entre una entrada de tensión y una salida de carga, y un dispositivo de control conectado a la entrada de control del primer interruptor semiconductor. En este caso, el primer interruptor semiconductor se controla en función de un valor real de la corriente de carga suministrada al dispositivo de control. Además, el dispositivo de control está configurado para la limitación de corriente y para la desconexión del primer interruptor semiconductor, es decir, para la conmutación por bloqueo de corriente (bloqueo de corriente) del interruptor semiconductor.
Preferentemente, el disyuntor electrónico tiene un sensor de corriente conectado en la trayectoria de la corriente para detectar la corriente de carga, en particular su intensidad de corriente, y para proporcionar el valor real de la corriente de carga. Preferentemente, el sensor de corriente suministra el valor real, que en particular representa la corriente de carga, al dispositivo de control como una tensión o como un valor de tensión.
En otras palabras, el dispositivo de control comprende un dispositivo y/o un circuito para limitar la corriente y un dispositivo y/o un circuito para desconectar o bloquear la corriente del primer interruptor semiconductor. En otras palabras, en particular la corriente de carga está limitada (limitada) mediante el dispositivo limitador de corriente y/o el circuito limitador de corriente, en particular activamente, es decir, mediante una operación de control. En particular, mediante el dispositivo y/o el circuito de desconexión y/o bloqueo de la corriente de carga, se bloquea la corriente de carga, es decir, se interrumpe el circuito, de modo que se impide una corriente mediante la desconexión y/o el bloqueo de la corriente.
De este modo, el primer interruptor semiconductor se controla en función de un valor real que representa la corriente de carga, determinado y emitido en particular por el sensor de corriente. El valor real se suministra al dispositivo de control, al dispositivo o circuito de limitación de corriente y/o al dispositivo o circuito de desconexión. El dispositivo o circuito para limitar la corriente y/o el dispositivo o circuito para desconectar se conecta convenientemente en el lado de salida a la entrada de control del primer interruptor semiconductor.
El dispositivo de control tiene una unidad de control. Por ejemplo, la unidad de control está diseñada como un componente común al dispositivo o circuito de limitación de corriente y al dispositivo o circuito de desconexión. Alternativamente, el dispositivo o circuito de limitación de corriente y el dispositivo o circuito de desconexión tienen cada uno una unidad de control. Por ejemplo, la unidad de control es un microcontrolador, preferentemente un microprocesador.
Preferentemente, el dispositivo de control o la unidad de control compara el valor real que se le suministra con un valor máximo predeterminado, predeterminable, establecido y/o ajustable. Si el valor máximo es superado por el valor real, el dispositivo de control o la unidad de control emite una señal, en particular una señal de desconexión, al dispositivo o circuito de desconexión del primer interruptor semiconductor, en lo sucesivo denominado en forma abreviada "circuito de desconexión", y alternativa o preferentemente adicionalmente al dispositivo o circuito de limitación de corriente del primer interruptor semiconductor, en lo sucesivo denominado en forma abreviada "circuito de limitación de corriente". El valor máximo representa, en particular, un valor umbral que, cuando se supera, se supone que existe o está presente en caso de cortocircuito. En otras palabras, el valor máximo representa una corriente de cortocircuito.
Además, el valor real se alimenta al dispositivo de control o al circuito limitador de corriente en el lado de entrada. Además, el circuito limitador de corriente es alimentado en el lado de entrada, en particular por la unidad de control, con un valor nominal de consigna que está predefinido para el dispositivo de control, en particular la unidad de control, puede ser predefinido y/o puede ser configurado y/o ajustado en el dispositivo de control o en la unidad de control. El valor nominal de consigna representa en particular una cantidad de una intensidad de corriente a la que la corriente de carga está o estará limitada en el caso de limitación de corriente.
En un desarrollo ulterior adecuado, el primer interruptor semiconductor se controla o se controlará de forma limitadora de corriente, en particular mediante el circuito limitador de corriente, en función del valor real y del valor nominal de consigna. En particular, el primer interruptor semiconductor se activa de manera limitadora de corriente cuando el valor nominal de consigna es superado por el valor real, incluso si no se supera el valor máximo Ishort. Para ello, el circuito limitador de corriente dispone de un elemento de ajuste. En particular, el valor nominal de consigna es o puede ser suministrado al elemento de ajuste en el lado de entrada, en particular por el dispositivo de control, preferentemente por la unidad de control. Además, el elemento de ajuste emite un valor nominal en el lado de salida. Es decir, un valor nominal resultante del valor nominal de consigna se emite aquí mediante el elemento de ajuste. En particular, el primer interruptor semiconductor se controla de forma limitadora de corriente en función de este valor nominal y del valor real, en particular de una diferencia entre el valor nominal y el valor real.
En este caso, el elemento de ajuste tiene un condensador, por lo que, por ejemplo, la tensión aplicada a este condensador sirve como señal de salida del elemento de ajuste. En una primera posición de conmutación, este condensador se acopla mediante un conmutador al dispositivo de control, en particular para suministrar el valor nominal de consigna o un valor de tensión que lo represente. En una segunda posición de conmutación, el condensador se descarga, para lo cual el condensador se conecta a un potencial de referencia, por ejemplo masa, mediante el conmutador en la segunda posición de conmutación.
En resumen, mediante el conmutador puede modificarse o alterarse en consecuencia una tensión aplicada al condensador, que se utiliza como señal de salida del elemento de ajuste.
Además, en un desarrollo posterior ventajoso, el circuito limitador de corriente tiene un amplificador operacional. En este caso, el elemento de ajuste se conecta a su primera entrada para suministrar el valor nominal y el valor real se suministra a su segunda entrada, por ejemplo su entrada inversora. Alternativamente, el valor nominal de consigna se alimenta a la segunda entrada, en particular si el dispositivo o circuito para la limitación de corriente no tiene un elemento de ajuste. Mediante el amplificador operacional, en una configuración adecuada, se forma una señal de control para controlar el interruptor semiconductor, en particular una diferencia entre el valor nominal y el valor real, que se utiliza en particular para la limitación de corriente. Por ejemplo, también puede conectarse un condensador de realimentación negativa al amplificador operacional para formar un integrador, en cuyo caso se forma una señal de control a partir de una integral de la diferencia en el tiempo.
Preferentemente, se suministra al dispositivo de control o a la unidad de control una tensión aplicada a la carga (tensión de carga) o, alternativamente, una señal de tensión de carga que representa la tensión de carga. Por ejemplo, puede determinarse una potencia suministrada a la carga mediante la tensión de carga o la señal de tensión de carga y el valor real suministrado al dispositivo de control o a la unidad de control.
Preferentemente, el dispositivo de control, el circuito limitador de corriente y/o el circuito de desconexión comprenden un segundo interruptor semiconductor. Por ejemplo, el segundo interruptor semiconductor está formado como un componente común al circuito limitador de corriente y al circuito de desconexión. Preferentemente, este segundo interruptor semiconductor está diseñado como un transistor bipolar pnp.
Preferentemente, el segundo interruptor semiconductor está dispuesto además en el lado de salida del dispositivo de control, el circuito limitador de corriente y/o el circuito de desconexión y está conectado a la entrada de control del primer interruptor semiconductor. Por ejemplo, el segundo interruptor semiconductor está conectado en el lado del emisor (lado de salida) a la entrada de control del primer interruptor semiconductor. En particular, la salida del segundo interruptor semiconductor forma así una salida del circuito limitador de corriente o del circuito de desconexión. En la medida en que el segundo interruptor semiconductor está diseñado como un componente común al circuito limitador de corriente y/o al circuito de desconexión, el segundo interruptor semiconductor sirve preferentemente tanto para la desconexión o bloqueo de corriente como para el control limitador de corriente del primer interruptor semiconductor.
Preferentemente, su base, es decir, en el lado de entrada del segundo interruptor semiconductor, está conectada a otros componentes del dispositivo o circuito de limitación de corriente y al dispositivo o circuito de desconexión, por lo que el dispositivo o circuito de limitación de corriente y el dispositivo o circuito de desconexión están conectados a la base, por ejemplo, en paralelo.
Preferentemente, el primer interruptor semiconductor es un transistor MOS de canal N (NMOS, NMOSFET). Preferentemente, está conectado a la entrada de tensión por el lado del drenaje, a la salida de carga por el lado de la fuente y al dispositivo de control por el lado de la puerta, es decir, con su entrada de control. En particular, el primer interruptor semiconductor está conectado para formar una fuente de corriente controlada por tensión, es decir, integrado en un circuito correspondiente de fuente de corriente controlada por tensión, cuya corriente de salida (corriente de carga) se ajusta mediante el dispositivo de control.
Si se conecta una carga al disyuntor, la carga se conecta con su primer terminal al terminal de carga, estando su segundo terminal conectado, por ejemplo, a un potencial de referencia como tierra (GND).
De acuerdo con la invención, en un método para operar un disyuntor electrónico que está diseñado de acuerdo con una de las variantes mostradas anteriormente y, en consecuencia, tiene un primer interruptor semiconductor conectado entre la entrada de tensión y la salida de carga, un valor real de la corriente de carga o la corriente de carga se detecta como un valor real. Además, en caso de cortocircuito o si se sobrepasa un valor máximo del valor real, se desconecta o se bloquea la corriente del interruptor semiconductor, en particular mediante el circuito de desconexión (dispositivo o circuito de desconexión o bloqueo de corriente). En caso de sobrecarga o de superación de un valor nominal por el valor real de los interruptores semiconductores, en particular mediante el circuito de limitación de corriente (dispositivo o circuito para la limitación de corriente), los interruptores semiconductores se conmutan para limitar la corriente.
Según un desarrollo ulterior ventajoso, el valor de consigna de la corriente de carga se ajusta a un valor mínimo, en particular cero, en caso de cortocircuito. Para ello, por ejemplo, se descarga el condensador del elemento de ajuste y, a continuación, se aumenta hasta el valor nominal de consigna, preferentemente de forma continua (gradual), en particular cargando el condensador. Para ello se utiliza, por ejemplo, el elemento de ajuste.
En una forma de realización ventajosa del método, se forma un valor diferencial a partir del valor real y el valor nominal. Este valor diferencial, en particular en caso de sobrecarga, se utiliza como señal de control para la activación limitadora de corriente del primer interruptor semiconductor. Para ello se utiliza el amplificador operacional.
Preferentemente, el primer interruptor semiconductor controlado por limitación de corriente se conecta o desconecta por bloqueo de corriente y/o se controla correspondientemente tras la expiración de un período de tiempo predeterminado o de un elemento de tiempo predeterminado. En otras palabras, el primer interruptor semiconductor es preferentemente conmutado y/o controlado de manera bloqueante de corriente cuando la limitación de corriente ha durado el periodo de tiempo predeterminado o temporizador desde que comenzó el control de limitación de corriente, en particular ininterrumpidamente.
En resumen, las ventajas de la invención residen en particular en el hecho de que el disyuntor electrónico se desconecta comparativamente rápido en caso de cortocircuito mediante el dispositivo de control, en particular mediante su circuito de desconexión. De este modo, los picos de corriente de la corriente de carga en caso de cortocircuito son sólo comparativamente bajos, es decir, tienen una intensidad de corriente máxima comparativamente baja, de modo que se evitan daños en una carga y/o fuente de tensión o corriente conectada a la trayectoria de corriente. Además, debido a los picos de corriente ventajosamente comparativamente bajos en caso de cortocircuito, no es necesario utilizar MOSFET de gran tamaño, lo que tiene un efecto de ahorro de costes.
A continuación se explican con más detalle ejemplos de formas de realización de la invención haciendo referencia a un dibujo. En las mismas:
Fig. 1 muestra en un diagrama corriente-tiempo la corriente de salida (corriente de carga) de un disyuntor electrónico según el estado de la técnica en caso de cortocircuito,
Fig. 2 muestra en un diagrama tensión-tiempo correspondiente a la Fig. 1 la evolución de la tensión de alimentación de una fuente de corriente en caso de cortocircuito según el estado de la técnica, Fig. 3 muestra esquemáticamente un disyuntor electrónico conectado entre una entrada de tensión y una salida de carga, cuyo disyuntor está conectado en su entrada de control a un dispositivo de control, teniendo el dispositivo de control un dispositivo de desconexión y un dispositivo de limitación de corriente,
Fig. 4 en un diagrama de bloques del disyuntor electrónico con un interruptor semiconductor controlable conectado en una trayectoria de corriente y un dispositivo de control provisto y configurado para su control,
Fig. 5, en un diagrama de flujo, la secuencia de proceso del método para operar el disyuntor electrónico, Fig. 6, en un diagrama corriente-tiempo, la característica temporal de una corriente de salida (corriente de carga) en el trayecto de corriente, en el que está conectado el disyuntor electrónico diseñado según la invención, en caso de cortocircuito, siendo la corriente de carga conmutada primero por medio del disyuntor electrónico según la invención para bloquear la corriente y luego para limitar la corriente,
Fig. 7 muestra, en un diagrama tensión-tiempo correspondiente a la Fig. 6, la evolución de la tensión de alimentación de la fuente de energía, conmutándose primero el disyuntor electrónico según la invención para bloquear la corriente y luego para limitarla, y
Fig. 8 muestra en un diagrama corriente-tiempo las características temporales de una corriente de salida (corriente de carga) en el recorrido de la corriente de un disyuntor electrónico diseñado según la invención en caso de cortocircuito para elementos de ajuste del disyuntor electrónico diseñados de forma diferente, en el que la corriente de carga se controla de forma limitadora de corriente tras una desconexión del interruptor semiconductor electrónico, de forma que la corriente de carga aumenta continuamente.
La Fig. 3 muestra un disyuntor electrónico intermedio 2 con un primer interruptor semiconductor Q3, que está conectado en un trayecto de corriente 3 entre una entrada de tensión 4 y una salida de carga 6. El primer interruptor semiconductor Q3 está conectado en su entrada de control 8 a un dispositivo de control 10, teniendo el dispositivo de control 10 un circuito de desconexión 12, también denominado dispositivo 12 de desconexión, y un circuito limitador de corriente 14, también denominado dispositivo 14 de limitación de corriente. El circuito de desconexión 12 apaga de este modo el primer interruptor semiconductor Q3 configurado como un MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico, transistor MOS), en particular en caso de cortocircuito o cuando es necesario, siendo la desconexión comparativamente rápida respecto a un tiempo de reacción de un circuito limitador de corriente convencional.
Además, el circuito limitador de corriente 14, por ejemplo, está hecho de componentes comparativamente económicos y tiene un control comparativamente estable, en particular de la corriente de carga. Como puede verse en particular en las figuras 6 y 8, sólo se producen picos de corriente comparativamente pequeños debido a la desconexión comparativamente rápida del primer interruptor semiconductor Q3. De este modo, gracias al dispositivo de control 10, se hace posible el uso de tales MOSFETs , que sólo tienen que tener en cuenta picos de corriente comparativamente pequeños, con lo que se reducen los costes y se aumenta la fiabilidad, por ejemplo con respecto a la estabilidad de control.
Aquí, el primer interruptor semiconductor Q3 se desconecta (conmutación limitadora de corriente) en cuanto su corriente de carga (corriente de salida) supera un valor máximo Ishort, en particular representando una corriente de cortocircuito. A continuación, el primer conmutador de media onda Q3 se acciona de forma limitadora de corriente, por lo que el circuito limitador de corriente 14 limita la corriente de carga Iload, en particular su intensidad de corriente, de tal manera que la corriente de carga Iload, en particular su intensidad de corriente, se incrementa gradualmente (de forma continua, aumentando comparativamente con lentitud) desde un valor mínimo Imin, en particular cero, hasta una intensidad de corriente hasta un valor nominal de consigna Iset,max (Fig. 6). En la Fig. 6, la corriente de carga Iload se designa como Id .
Como se muestra en las Fig. 6 y 7, las perturbaciones de la tensión de alimentación, y por lo tanto en particular de la tensión de entrada, que en la Fig. 7 se designa como Tensión de entrada, así como el pico de corriente cuando se utiliza el disyuntor electrónico 2 según la invención son comparativamente pequeñas en comparación con las perturbaciones de la tensión de alimentación y el pico de corriente cuando se utiliza un disyuntor electrónico según el estado de la técnica (Fig. 1 y 2).
La Fig. 4 muestra un diagrama de bloques del disyuntor electrónico 2. La corriente de carga Iload se detecta por medio de un sensor de corriente H1 conectado en la trayectoria de corriente 3 y se emite como un valor real Iist que representa esta corriente de carga Iload al dispositivo de control 10, en particular a una primera entrada (pin) 16 de una unidad de control pC del dispositivo de control 10. El valor real Iist está concebido como una tensión o una señal de tensión. En este caso, el sensor de corriente H1 tiene convenientemente una velocidad de conmutación tal que se detectan (resuelven) cambios comparativamente rápidos, por ejemplo en el caso de un cortocircuito, de la corriente detectada por él. En caso de cortocircuito, el valor real Iist supera el valor máximo Ishort, en particular suministrado a una segunda entrada (pin) 18 de la unidad de control pC, de modo que, por ejemplo, se activa una interrupción en la unidad de control pC, y de modo que la unidad de control pC, diseñada como microcontrolador, emite una señal Off, por ejemplo una tensión, en su primera salida 20, que preferentemente permanece emitida (aplicada) en la salida hasta que se desconecta la señal Off.
Alternativamente, en una variante no mostrada más adelante, el valor real Iist se alimenta a una primera entrada de un segundo amplificador operacional diseñado como comparador y el valor máximo Ishort se alimenta a la segunda entrada del segundo amplificador operacional. La salida del segundo amplificador operacional se conecta entonces a una entrada de la unidad de control pC. De este modo, cuando el valor máximo Ishort es superado por el valor real Iist, se da una señal correspondiente (de control o tensión) a esta entrada de la unidad de control pC.
La primera salida 20 está conectada a través de un cuarto interruptor semiconductor Q4 a un segundo interruptor semiconductor Q2 y, en paralelo, a un interruptor S1 de un elemento de ajuste 22. El elemento de ajuste 22 tiene un condensador C2 que, en una primera posición de conmutación del interruptor S1, está conectado a través de una resistencia R9 a una segunda salida 24 de la unidad de control pC que emite el valor nominal de consigna Iset,max y, en una segunda posición de conmutación del interruptor S2, está conectado a través de una resistencia R10 al potencial de referencia.
Además, una entrada de tensión Vgate está conectada a la entrada de control 8 (la puerta) del primer interruptor semiconductor Q3 a través de las resistencias R7 y R3. El punto de funcionamiento del primer interruptor semiconductor Q3 se ajusta mediante una tensión aplicada a esta entrada de tensión Vgate y a las resistencias eléctricas R7 y R3.
La tensión entre la puerta y la fuente del primer interruptor semiconductor Q3 se limita mediante un diodo D1, que está conectado en una trayectoria de corriente que discurre entre la puerta (entrada de control 8) y la fuente del primer interruptor semiconductor Q3. Mediante la resistencia R12 conectada en paralelo al diodo D1, la puerta del primer interruptor semiconductor Q3 se descarga cuando no hay tensión en el circuito.
Debido a la señal Off, se conecta el segundo interruptor semiconductor Q2, cuya salida 26 se acopla a la entrada de control 8 del primer interruptor semiconductor Q3, de modo que, en consecuencia, se descarga la entrada de control 8 del primer interruptor semiconductor Q3, que se forma como compuerta. La corriente de carga Iload se interrumpe mediante el primer interruptor semiconductor Q3. Este proceso se realiza dentro de una duración comparativamente corta, típicamente 1-10 ps (Fig. 6). Además, especialmente de forma simultánea, la señal se emite a un interruptor S1. Por lo tanto, se conecta de tal manera que el condensador C2 se descarga a través de la resistencia R10.
En resumen, el primer interruptor semiconductor Q3 se controla mediante el segundo interruptor semiconductor Q2. Las resistencias R3, R5, R7, R11 y R12 sirven así para ajustar la magnitud de la tensión aplicada a la entrada de control 8 primer interruptor semiconductor Q3.
Según una forma de realización alternativa del disyuntor electrónico 2, éste tiene adicionalmente una vía de corriente entre la entrada de tensión Vgate y la entrada de control (la base) del segundo interruptor semiconductor Q2. Una resistencia R13 está conectada en este camino de corriente. Esta trayectoria de corriente se muestra en líneas discontinuas en la Fig. 4. Cuando se emite la señal Off, el cuarto interruptor semiconductor Q4 se conmuta, en particular conductivamente, de tal manera que el primer interruptor semiconductor Q3 se conmuta a bloqueo. En particular, el cuarto interruptor semiconductor Q4 se conmuta conductivamente, de modo que la tensión aplicada a la entrada de control 8 del primer interruptor semiconductor Q3 se reduce en consecuencia.
Una vez transcurrido un tiempo predeterminado, preferentemente tal que el condensador C2 se haya descargado por completo, es decir, que corresponda a un tiempo de descarga del condensador C2 a través de la resistencia R10, se desconecta la señal Off para que el interruptor S1 vuelva a estar en la primera posición de conmutación y, por consiguiente, se cargue el condensador C2 a través de la resistencia R9.
El elemento de ajuste 22 se conecta a una primera entrada 28 de un amplificador operacional OP1 y emite a esta primera entrada 28 un valor de consigna Iset, que se representa mediante la tensión aplicada al condensador C2. El valor real Iist se introduce en una segunda entrada 3o del amplificador operacional, en particular una entrada inversora.
El amplificador operacional OP1 genera una diferencia entre el valor real Iist y el valor de consigna Iset. Esta diferencia se emite como señal de control D desde el amplificador operacional OP1. Se forma un amplificador para la señal (de tensión) D emitida por el amplificador operacional OP1 por medio de un tercer interruptor semiconductor Q1 y por medio de las resistencias r4 y R8. La amplitud (magnitud) de la señal D es así cambiada o adaptada (amplificada) a una amplitud adecuada para la operación del segundo interruptor semiconductor Q2, y por lo tanto para el control del primer interruptor semiconductor Q3.
Al cargar el condensador C2 mediante una resistencia eléctrica R 10, el valor de consigna Iset alimentado a la primera entrada 28 cambia según el estado de carga del condensador C2. Esto provoca un cambio correspondiente, en particular gradual, de la señal D. De este modo, el segundo interruptor semiconductor Q2 se acciona de tal manera, en particular gradualmente menos conductor (bloqueo de corriente), que el primer interruptor semiconductor Q3 se conmuta, gradualmente (continuamente), conductor. De este modo, la corriente de carga Iload aumenta gradualmente hasta que el valor real Iact suministrado a la primera entrada 16 de la unidad de control pC corresponde al valor nominal de consigna Iset,max. Como se muestra en la Fig. 8, es posible determinar (prefijar) el período de tiempo en el que aumenta la corriente de carga Iload mediante una elección adecuada del valor de resistencia (cantidad de resistencia) de la resistencia eléctrica R9 y la capacitancia del condensador C2, es decir, mediante un diseño adecuado del miembro de ajuste 22. Aquí, la corriente de carga se denota por Id .
Además, un condensador C1 está conectado en un camino de corriente que discurre entre la segunda entrada 30 del amplificador operacional OP1 y su salida. El condensador C1 tiene una capacitancia que es adecuada para evitar una oscilación de la señal de salida del amplificador operacional OP1 y, en consecuencia, en la trayectoria de corriente 3.
Según la Fig.4, el circuito de desconexión 12 comprende, en resumen, una resistencia eléctrica R1 y la resistencia eléctrica R10, el cuarto interruptor semiconductor Q4, el interruptor S1, la unidad de control pC y, si es necesario, el segundo amplificador operacional. En particular, la corriente de carga Iload se controla ventajosamente, en particular se mantiene constante, formando una fuente de corriente constante a una tensión aplicada a la trayectoria de corriente 3 por medio de las resistencias eléctricas R2 a R5 y las resistencias eléctricas R7 a R9, R11 y R12, por medio de los condensadores C1 y C2, por medio del amplificador operacional OP1, por medio de los interruptores semiconductores Q1, Q2 y Q3, por medio del diodo D1 y por medio del sensor de corriente H1.
Además, la señal de salida del amplificador operacional OP1, que está diseñada como señal de control D y, en particular, está diseñada como tensión de salida, se alimenta a una tercera entrada 32 de la unidad de control pC, de modo que la unidad de control pC utiliza esta señal para determinar si la limitación de corriente de la corriente de carga Iioad sigue teniendo lugar por medio del primer interruptor semiconductor Q3. Para evitar daños térmicos, en particular en el primer interruptor semiconductor Q3, el primer interruptor semiconductor Q3 se conmuta a bloqueo de corriente (se desconecta) si la limitación de corriente ha durado un periodo de tiempo predeterminado desde el inicio del control de limitación de corriente, en particular de forma continua. Además, una tensión Vload aplicada a la carga se alimenta a una cuarta entrada 34 de la unidad de control pC.
La secuencia de proceso descrita anteriormente del método para operar el disyuntor electrónico 2 se muestra de forma resumida en el diagrama de flujo de la Fig. 5. Además, puede observarse que el primer interruptor semiconductor Q3 también se activa de forma que limita la corriente cuando el valor nominal de consigna Iset,max es superado por el valor real Iist, pero no se supera el valor máximo Ishort.
En resumen, el disyuntor electrónico 2 tiene un primer interruptor semiconductor Q3, preferentemente un transistor MOS de canal N, que está conectado en una trayectoria de corriente 3 entre una entrada de tensión 4 y una salida de carga 6. Además, el disyuntor electrónico 2 tiene un dispositivo de control 10 conectado a la entrada de control 8 del primer conmutador semiconductor Q3, siendo accionado el primer conmutador semiconductor Q3 en función de un valor real Iist de la corriente de carga Iload suministrada al dispositivo de control 10. Según un desarrollo posterior conveniente, el dispositivo de control 10 comprende una unidad de control pC.
En una forma de realización práctica, el disyuntor electrónico remoto tiene un sensor de corriente H1, que preferentemente está conectado en el paso de corriente 3.
En una forma de realización ventajosa, el dispositivo de control 10 comprende un dispositivo o circuito 14 para limitar la corriente y un dispositivo o circuito 12 para desconectar o bloquear la corriente del primer interruptor semiconductor Q3.
En otra forma de realización ventajosa, el primer interruptor semiconductor Q3 se acciona en función de un valor real Iist de la corriente de carga Iload suministrada al dispositivo de control 10, el dispositivo o circuito 14 de limitación de corriente y/o el dispositivo o circuito 12 de desconexión.
Según una forma de realización adecuada del disyuntor electrónico, el dispositivo de control 10 o la unidad de control pC emite una señal Off, en particular una señal de desconexión, al dispositivo o circuito 14 de limitación de corriente y/o preferentemente al dispositivo o circuito 12 de desconexión para desactivar y/o desconectar el primer interruptor semiconductor Q3 en caso de cortocircuito y/o si se supera un valor máximo Ishort del valor real Iist.
En otra forma de realización ventajosa del disyuntor electrónico, el dispositivo de control 10 o el dispositivo o circuito 14 para la limitación de corriente se alimenta en el lado de entrada con el valor real Iist y/o el dispositivo o circuito 14 para la limitación de corriente se alimenta en el lado de entrada, en particular por la unidad de control pC, con un valor nominal de consigna Iset,max.
En otra forma de realización ventajosa, el primer interruptor semiconductor Q3 es o se controla de manera que limita la corriente en función del valor real Iist y/o del valor nominal de consigna Iset,max.
De acuerdo con una forma de realización adicional adecuada, el dispositivo de control 10 o el dispositivo o circuito 14 para la limitación de corriente tiene un elemento de ajuste 22. El elemento de ajuste 22 se alimenta adecuadamente con el valor nominal de consigna Iset,max en el lado de entrada y emite un valor de consigna Iset en el lado de salida.
En una forma de realización adecuada, el dispositivo de control 10 o el elemento de ajuste 22 tiene un condensador C2. El condensador C2 está convenientemente acoplado al dispositivo de control 10, en particular a la unidad de control pC, por medio de un interruptor S1 o se descarga por medio del interruptor S1.
En otra forma de realización ventajosa, el dispositivo de control 10 o el dispositivo o circuito 14 para la limitación de corriente 14 tiene un amplificador operacional OP1. Es conveniente que el elemento de ajuste 22 esté conectado a una primera entrada 28 del amplificador operacional OP1 para suministrar el valor de consigna Iset, y el valor real Iist se suministra a una segunda entrada del amplificador operacional OP1. Ventajosamente, una señal de control D para accionar el primer interruptor semiconductor Q3, en particular una diferencia entre el valor de consigna Iset y el valor real Iist, se forma por medio del amplificador operacional OP1. Además, se suministra convenientemente una tensión de carga Vload al dispositivo de control 10 o a la unidad de control pC.
En una forma de realización conveniente, el dispositivo de control 10, el dispositivo o circuito limitador de corriente 14 y/o el dispositivo o circuito de apagado 12 comprende un segundo interruptor semiconductor Q2, preferentemente un transistor bipolar pnp. En una forma de realización adecuada, el segundo interruptor semiconductor Q2 está conectado a la entrada de control 8 del primer interruptor semiconductor Q3. En otra forma de realización adecuada, la salida 26 del segundo interruptor semiconductor Q2 forma preferentemente una salida del dispositivo o circuito 14 para limitar la corriente y/o del dispositivo o circuito 12 para desconectar.
En una forma de realización adecuada, el primer interruptor semiconductor Q3 se conecta preferentemente por el lado de drenaje a la entrada de tensión 4, por el lado de fuente preferentemente a la salida de carga 6 y por el lado de puerta al dispositivo de control 10.
En el método de funcionamiento del disyuntor electrónico 2 en una de las variantes descritas anteriormente con un primer interruptor semiconductor Q3 conectado entre una entrada de tensión 4 y una salida de carga 6, se detecta un valor real Iist de la corriente de carga Iload o este como valor real Iist de acuerdo con el método, en caso de cortocircuito, si el valor real Ishort supera un valor máximo Ishort, el primer interruptor semiconductor Q3 se conmuta para bloquear la corriente, y/o en caso de sobrecarga, si el valor real Ishort supera un valor de consigna Iset, el primer interruptor semiconductor Q3 se conmuta para limitar la corriente.
En una forma de realización ventajosa del método, el valor de consigna Iset de la corriente de carga Iload se ajusta a un valor mínimo Imin en el caso de cortocircuito y luego se incrementa continuamente hasta un valor de consigna nominal Iset,max. Es conveniente formar una diferencia (un valor diferencial) entre el valor real Iist y el valor de consigna Iset. Ventajosamente, la diferencia (el valor diferencial) se utiliza como señal de control D para el control de limitación de corriente del primer interruptor semiconductor Q3. El primer interruptor semiconductor Q3 controlado por limitación de corriente se conmuta y/o controla de forma adecuada de manera que bloquea la corriente después de que haya transcurrido un periodo de tiempo predeterminado y/o un elemento de tiempo predeterminado.
La invención no se limita al ejemplo de realización descrito anteriormente. Más bien, otras variantes de la invención también pueden derivarse de la misma por el experto sin apartarse del objeto de la invención. Además, en particular, todas las características individuales descritas en relación con los ejemplos de realización también pueden combinarse entre sí de otras maneras sin abandonar el objeto de la invención.
Listado de signos de referencia
2 disyuntor electrónico
3 paso de corriente
4 entrada de tensión
6 salida de carga
8 entrada de control
10 dispositivo de control
12 dispositivo de desconexión
14 dispositivo limitador de corriente
16 primera entrada de la unidad de control
18 segunda entrada de la unidad de control
20 primera salida de la unidad de control
22 elemento de ajuste
24 segunda salida de la unidad de control
26 salida del segundo interruptor semiconductor
28 primera entrada del amplificador operacional
30 segunda entrada del amplificador operacional
32 tercera entrada de la unidad de control
34 cuarta entrada de la unidad de control
C1 condensador
C2 condensador
D señal de control/diferencia
D1 diodo
H1 sensor de corriente
Iist valor real
Iload corriente de carga
Imin valor mínimo
Iset valor nominal de consigna
I set,max valor nominal de consigna
Ishort valor máximo
|jC unidad de control
Off señal de desconexión
OP1 amplificador operacional
Q1 tercer interruptor semiconductor
Q2 segundo interruptor semiconductor
Q3 primer interruptor semiconductor
Q4 cuarto interruptor semiconductor
R1 a R13 resistencias eléctricas
Vload tensión de carga
Vgate tensión de entrada

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Disyuntor electrónico (2), que presenta
- un primer interruptor semiconductor (Q3) conectado en un paso de corriente (3) entre una entrada de tensión (4) y una salida de carga (6), y
- un dispositivo de control (10) conectado a la entrada de control (8) del primer interruptor semiconductor (Q3), - en donde el primer interruptor semiconductor (Q3) se controla en función de un valor real (Iist) de la corriente de carga (Iload) suministrada al dispositivo de control (10),
- en donde el dispositivo de control (10) está configurado para limitar la corriente y para desconectar el primer interruptor semiconductor (Q3),
- en donde el dispositivo de control (10) presenta una unidad de control (j C),
- en donde el dispositivo de control (10) o la unidad de control (j C) emite una señal (Off) a un circuito limitador de corriente (14) y/o a un circuito de desconexión (12) para desconectar el primer interruptor semiconductor (Q3) cuando el valor real (Iist) supera un valor máximo (Ishort),
caracterizado porque
- el valor real (Iist) y un valor nominal de consigna (Iset,max) se alimentan al circuito limitador de corriente (14) por el lado de entrada,
- porque el circuito limitador de corriente (14) presenta un elemento de ajuste (22) al que se suministra el valor nominal de consigna (Iset,max) en el lado de entrada y que emite un valor de consigna (Iset) en el lado de salida, siendo accionado el primer interruptor semiconductor (Q3) de forma limitadora de corriente en función del valor de consigna (Iset ) y del valor real (Iist), y
- porque el elemento de ajuste (22) presenta un condensador (C2) que está acoplado a la unidad de control (j C) mediante un interruptor (S1) para suministrar el valor nominal de consigna (Iset,max) o se descarga mediante el interruptor (S1), representando la tensión aplicada al condensador (C2) el valor nominal de consigna (Iset).
2. Disyuntor electrónico (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer interruptor semiconductor (Q3) se dispara de forma limitadora de corriente en función del valor real (Iist) y del valor nominal de consigna (Iset,max).
3. Disyuntor electrónico (2) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el circuito limitador de corriente (14) presenta un amplificador operacional (OP1), a cuya primera entrada (28) se conecta el elemento de ajuste (22) para suministrar el valor nominal (Iset), y a cuya segunda entrada (30) se suministra el valor real (Iist).
4. Disyuntor electrónico (2) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el amplificador operacional (OP1) proporciona una señal de control (D) para accionar el primer interruptor semiconductor (Q3).
5. Disyuntor electrónico (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de control (10), el circuito limitador de corriente (14) y/o el circuito de desconexión (12) presentan un segundo interruptor semiconductor (Q2) conectado a la entrada de control (8) del primer interruptor semiconductor (Q3).
6. Procedimiento para operar un disyuntor electrónico (2) diseñado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 con un primer interruptor semiconductor (Q3) conectado entre una entrada de tensión (4) y una salida de carga (6),
- en donde se detecta un valor real (Iist) de la corriente de carga (hload) o esta como valor real (Iist),
- en donde, en el caso de cortocircuito, cuando se supera un valor máximo (Ishort) del valor real (Iist), el primer interruptor semiconductor (Q3) se conmuta de manera que bloquea la corriente, y
- en el caso de sobrecarga, el primer interruptor semiconductor (Q3) se conmuta de manera limitadora de corriente cuando el valor real (Iist) supera un valor de consigna (Iset).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en donde, en el caso de cortocircuito el valor de consigna (Iset) de la corriente de carga (Iload). se ajusta a un valor mínimo (Imin) y luego se incrementa continuamente hasta un valor de consigna nominal (Iset,max).
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 o 7,
- en donde se forma una diferencia entre el valor real (Iist) y el valor nominal (Iset), y
- en donde la diferencia se usa como señal de control (D) para el accionamiento limitador de corriente del primer interruptor semiconductor (Q3).
9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde el primer interruptor semiconductor (Q3) controlado de forma limitadora de corriente se conmuta o controla de forma bloqueadora de corriente una vez transcurrido un período de tiempo predeterminado o un elemento de tiempo predeterminado.
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